7.2 第2课时 硝酸（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中化学必修第二册（苏教版2019）

第2课时　硝酸 课程标准 核心素养目标 1.了解硝酸的物理性质及重要用途。 2．掌握硝酸的化学性质：不稳定性、酸性和强氧化性。 3．了解硝酸的工业制法。 1.(变化观念与平衡思想)结合真实情境并通过实验探究，运用化学变化的知识说明硝酸的化学性质。 2．(科学探究与创新意识)从氮元素价态、物质类别角度构建氮及其化合物的转化关系，能够预测陌生的含有氮元素物质的性质、反应或实验现象，设计方案制备含有氮元素的物质和研究它们的性质。 [对应学生用书P36] 一、硝酸 1．硝酸的物理性质 颜色 状态 气味 密度 特性 无色 液体 刺激性气味 ρ(HNO3)> ρ(H2O) 易挥发 [微点拨]纯净的硝酸没有颜色，因混有硝酸分解产生的NO2显黄色。 2．硝酸的化学性质 (1)不稳定性：见光或受热易分解，化学方程式为4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。 长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的NO2溶于硝酸中，实验室常将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，并密封贮存在低温、避光处。 (2)酸的通性 写出下列反应的离子方程式： ①硝酸和氢氧化钠反应：H＋＋OH－===H2O。 ②硝酸和氧化钠反应：2H＋＋Na2O===2Na＋＋H2O。 ③硝酸和碳酸钙反应：2H＋＋CaCO3===Ca2＋＋CO2↑＋H2O。 (3)强氧化性 ①和金属(Cu)反应的实验探究 实验 操作 a.将铜片置于具支试管的底部，用分液漏斗向试管内加入2 mL浓硝酸，将产生的气体通入倒置于水槽里充满水的集气瓶中 b.在上述装置中，用分液漏斗向试管内加5 mL水，稀释硝酸，继续收集产生的气体 实验 现象 a.浓硝酸反应比较剧烈，铜片逐渐溶解，产生红棕色气体，溶液逐渐变深蓝色；集气瓶中充满体积的无色气体 b.稀硝酸反应比较缓慢，铜片逐渐溶解，产生无色气体，溶液逐渐变蓝色，集气瓶中充满了无色气体 实验 结论 硝酸无论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强 写出上述反应的化学方程式：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O、3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 ②与Fe、Al反应 常温下，浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化，保护内部金属不再与酸反应，所以可以用铁质容器或铝质容器盛放浓硝酸。加热时，铁、铝可以与浓硝酸反应。 [微点拨]铁、铝遇到浓硝酸和浓硫酸钝化，钝化不是不发生反应，是生成的致密氧化膜阻碍反应，钝化是化学变化。 ③与非金属反应 写出木炭与浓硝酸在加热时反应的化学方程式：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。 3．应用 硝酸是一种重要的化工原料，常用来制造氮肥、染料、塑料、炸药、硝酸盐等。硝酸在实验室里是一种重要的化学试剂。 微诊断(判断正误) (1)硝酸可与活泼金属反应生成盐和氢气。(　　×　　) (2)浓硝酸显黄色是因为含有NO2。(　　√　　) (3)硝酸与木炭的反应既表现出氧化性又表现出酸性。(　　×　　) (4)硝酸电离出的H＋能被Zn、Fe等金属还原成H2。(　　×　　) (5)常温下，向浓硝酸中投入铁片，会产生大量的红棕色气体。(　　×　　) [对应学生用书P37] 探究__硝酸的氧化性 如图所示是进行木炭与浓硝酸反应，并检验生成的气体的实验装置，它具有无污染、现象明显的特点。 [问题探究] (1)实验中具支试管A内有什么现象？写出相关反应的化学方程式。 提示：木炭保持红热状态，试管内有红棕色气体生成。C＋4HNO3(浓)4NO2↑＋CO2↑＋2H2O。 (2)试管B内的澄清石灰水会出现什么现象？水湿棉花处发生什么反应？ 提示：木炭与浓硝酸反应产生的CO2使澄清石灰水变浑浊，水湿棉花处发生反应3NO2＋H2O===NO＋2HNO3。 (3)若将木炭与浓硝酸反应产生的气体直接通入少量澄清石灰水中，溶液能否变浑浊？ 提示：木炭与浓硝酸反应产生的气体包括NO2和CO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3为强酸，所以不会生成CaCO3，溶液不变浑浊。 (4)某学生在实验临近结束时，发现分液漏斗中的浓硝酸难以滴下，为什么？若要再滴入几滴浓硝酸使木炭反应完全，如何操作最简单？ 提示：实验临近结束时，试管B中压强增大，使分液漏斗中的浓硝酸难以滴下。可以摇动试管B，使上部的气体溶于澄清石灰水中，试管B中压强减小，分液漏斗中的浓硝酸可以顺利滴下。 一、硝酸的性质 1．硝酸与金属反应不能生成氢气。硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般情况下，浓硝酸被还原为NO2，稀硝酸被还原为NO。 2．硝酸能与大多数金属(金、铂等除外)反应，将金属氧化为高价态金属的硝酸盐。但在常温下，浓硝酸能使铁、铝钝化。 3．热的浓硝酸可将非金属单质(碳、硫、磷等)氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸。 4．硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如SO2、FeO、Fe2＋、Br－、I－、S2－、SO等均能被硝酸氧化。 二、守恒法突破硝酸与金属反应的相关计算 1．常用的计算方法(以Cu与硝酸反应为例) (1)原子守恒法 反应前所有的N只存在于HNO3中，反应后含N的物质有HNO3的还原产物(假设有NO2、NO)和Cu(NO3)2，若HNO3过量，则过量HNO3中也含N，则有n(N)＝n(NO2)＋n(NO)＋2n[Cu(NO3)2]＋n(HNO3)剩(氮原子守恒)。 (2)得失电子守恒法 反应中失去电子的是参加反应的Cu，CuCu2＋；得到电子的是被还原的HNO3(假设还原产物为NO2、NO)，NONO2、NONO。根据得失电子守恒，则有2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)。若将生成的氮的氧化物气体与一定量的氧气共同通入水中，氮的氧化物完全生成硝酸，由于开始反应物为硝酸，中间生成了氮的氧化物，但最终又变回了硝酸，所以相当于铜失去的电子最终由氧气得到，则有2n(Cu)＝n(O2)。 (3)电荷守恒法 在Cu与HNO3反应后的溶液中，若HNO3不过量，阳离子只有Cu2＋，阴离子只有NO(此类计算不考虑H2O电离出的极少量的H＋、OH－)；若HNO3过量，溶液中的阳离子有Cu2＋和H＋，阴离子只有NO。则有①若HNO3不过量：n(NO)＝2n(Cu2＋)；②若HNO3过量：n(NO)＝2n(Cu2＋)＋n(H＋)。 (4)离子方程式计算法 金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO在硫酸提供H＋的条件下能继续与金属反应，故此类题目应用离子方程式来计算3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO进行相关计算，且要符合电荷守恒。 2．常见两种计算 (1)硝酸与铜反应 浓硝酸与足量的铜反应，开始浓硝酸被还原为NO2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸被还原为NO，向反应后的溶液中加稀硫酸，NO又被还原为NO。 (2)稀硝酸与铁反应(铁的常见价态：＋2、＋3价) Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O； 3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 ①≥4，产物为Fe(NO3)3； ②≤，产物为Fe(NO3)2； ③<<4，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。 工业生产硝酸 (1)工业流程图 (2) 工业制取硝酸反应 ①N2＋3H22NH3 ②4NH3＋5O24NO＋6H2O ③2NO＋O2===2NO2 ④3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(或4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3) 【例】 若将12.8 g铜跟一定量的浓硝酸反应，铜耗尽后，生成标准状况下气体5.6 L(假设无N2O4)，则消耗HNO3的物质的量是________。 答案：0.65 mol 解析：n(参加反应的硝酸)＝n(被还原的硝酸)＋n(体现酸性的硝酸)＝n(NO、NO2)＋2n(Cu)＝＋2×＝0.65 mol。 将7.68 g铜与50 mL一定浓度的硝酸恰好完全反应，收集到标准状况下4.48 L气体。请回答： (1)NO的体积为________L，NO2的体积为________L。 (2)被还原的硝酸的物质的量是________mol。 (3)硝酸的物质的量浓度是______mol·L－1。 答案：(1)0.448　4.032　(2)0.2　(3)8.8 解析：n(Cu)＝＝0.12 mol，n(NO)＋n(NO2)＝＝0.2 mol。 (1)解法一：设n(NO2)＝x mol，则n(NO)＝(0.2－x)mol， Cu2NO2↑ mol　　x mol 3Cu2NO↑ (0.2－x)mol　(0.2－x)mol 得＋(0.2－x)＝0.12，解得x＝0.18，则V(NO2)＝0.18 mol×22.4 L·mol－1＝4.032 L，V(NO)＝(0.2－0.18)mol×22.4 L·mol－1＝0.448 L。 解法二：Cu　～　Cu2＋　～　2e－ 0.12 mol　 0.24 mol HNO3　～　 NO2↑　～　 e－ n(NO2) n(NO2) HNO3　～　 NO↑　～　 3e－ n(NO) 3n(NO) 由得失电子守恒得：n(NO2)＋3n(NO)＝0.24 mol，又因n(NO2)＋n(NO)＝0.2 mol，解得n(NO2)＝0.18 mol，n(NO)＝0.02 mol，即V(NO2)＝4.032 L，V(NO)＝0.448 L。 (2)HNO3被还原生成NO和NO2，故被还原的n(HNO3)＝n(NO2)＋n(NO)＝0.2 mol。 (3)参加反应的HNO3为n(HNO3)＝2n(Cu)＋[n(NO)＋n(NO2)]＝2×0.12 mol＋0.2 mol＝0.44 mol，则c(HNO3)＝＝＝8.8 mol·L－1。 [对应学生用书P39] 1．工业上用洗净的废铜屑作原料制取硝酸铜。为节约原料和防止环境污染，宜采取的方法是(　　) A.Cu＋HNO3(浓)―→Cu(NO3)2 B.Cu＋HNO3(稀)―→Cu(NO3)2 C.CuCuOCu(NO3)2 D.CuCuSO4Cu(NO3)2 C　解析：A中产生NO2，B中产生NO，D中产生SO2，都产生污染性气体。 2．下列实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得的结论不正确的是(　　) ① ② ③ A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体 B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应 C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物 D．③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应 D　解析：①中灼热碎玻璃不与浓硝酸反应，仍有红棕色气体NO2生成，说明浓硝酸受热发生了分解反应，生成NO2、O2和H2O，A正确；由于浓硝酸受热分解生成NO2，则②中红棕色气体可能来源于浓硝酸的分解，故不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应，B正确；③中木炭未与浓硝酸接触，生成的红棕色气体只能是挥发出的HNO3与红热木炭发生反应，或挥发出的HNO3受热分解生成NO2，说明浓硝酸具有挥发性，NO2是还原产物，C正确；由于空气中含有O2，则红热的木炭可能与O2反应产生了CO2，故不能说明木炭一定与浓硝酸发生了反应，D错误。 3．在100 mL混合液中，HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4 mol·L－1和0.1 mol·L－1，向该混合液中加入1.92 g 铜粉，加热充分反应后，所得溶液中Cu2＋的物质的量浓度是(　　) A．0.15 mol·L－1 B．0.225 mol·L－1 C．0.35 mol·L－1 D．0.45 mol·L－1 B　解析：由于本题溶液中存在HNO3、H2SO4，所以c(H＋)>c(NO)，而在Cu与HNO3反应中，实际参加反应的n(H＋)∶n(NO)＝8∶2。 3Cu　　 ～　　 8H＋　～ 　2NO 　 (0.4＋0.2)×0.1　　 0.4×0.1 由此可知H＋的量不足，完全反应，则n(Cu2＋)＝n(Cu)＝ mol＝0.022 5 mol，c(Cu2＋)＝＝0.225 mol·L－1。 [课时梯级训练(7)见P143] 学科网（北京）股份有限公司 $$